夏 雄 博

(湖南工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院，湖南 株洲 412000)

·水·暖·電·

置換通風(fēng)焊接廠房空氣品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究★

夏 雄 博

(湖南工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院，湖南 株洲 412000)

對(duì)某置換通風(fēng)焊接廠房進(jìn)行了氣流組織實(shí)驗(yàn)，在正常工況下測(cè)試了溫濕度、臭氧濃度、室內(nèi)壓強(qiáng)、室內(nèi)風(fēng)速、粉塵濃度等數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該廠房的溫濕度、室內(nèi)壓強(qiáng)、室內(nèi)風(fēng)速，臭氧濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但其顆粒物PM2.5濃度超標(biāo)，基于該廠房室內(nèi)品質(zhì)現(xiàn)狀，從勞動(dòng)保護(hù)的角度，提出了相應(yīng)的改善措施。

焊接廠房，置換通風(fēng)，空氣品質(zhì)，實(shí)驗(yàn)

焊接是機(jī)械加工業(yè)不可缺少的工業(yè)技術(shù)手段。由此產(chǎn)生的焊接煙塵是一種十分復(fù)雜的，并對(duì)工作人員的健康能造成極大危害的物質(zhì)。煙塵常常積聚懸浮在車間上部空間，造成車間工作、衛(wèi)生條件很差。研究發(fā)現(xiàn)，煙塵的粒徑范圍為10-3μm～102μm，其中0.1 μm～0.2 μm所占體積百分比最大[1]。絕大多數(shù)焊接煙塵為可吸入顆粒，會(huì)經(jīng)人體上呼吸道進(jìn)入肺泡，在肺部的沉積率高達(dá)50%以上，使肺組織發(fā)生病變[2]。焊接廠房的大空間、大層高、污染物與余熱同時(shí)產(chǎn)生的特點(diǎn)，使焊接廠房的污染治理特別適合采用置換通風(fēng)方式[3]。置換通風(fēng)的作用是基于因空氣密度差所形成的熱氣流上升和冷氣流下降的原理[4]。置換通風(fēng)從下部送低速、低溫的新風(fēng)在重力的作用下先是下沉，隨后慢慢擴(kuò)散，在地面上形成一個(gè)空氣層。送風(fēng)口。室內(nèi)的熱污染源產(chǎn)生的熱濁煙氣在浮力的作用下上升，并不斷卷吸周圍空氣，覆蓋在地板上方的新鮮空氣也緩慢向上移動(dòng)，形成類似向上的活塞流。污染的空氣被后繼的新鮮空氣抬升到房間頂部，被設(shè)置在頂部的出風(fēng)口排走。冬夏季工況，兩種置換通風(fēng)氣流組織不同(如圖1，圖2所示)，冬季工況送風(fēng)方向需向下一定角度，置換通風(fēng)系統(tǒng)的作用會(huì)更好。目前，置換通風(fēng)較廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廠房，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了許多研究。但在具體應(yīng)用的案例中，仍存在不足之處。針對(duì)南方某焊接廠房置換通風(fēng)進(jìn)行通風(fēng)效果研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為焊接廠房置換通風(fēng)的氣流組織研究提供了可靠的數(shù)據(jù)資料。

1 實(shí)驗(yàn)概況

研究對(duì)象是南方某鋁合金焊接廠房，采用的氬弧焊工藝，廠房為輕鋼結(jié)構(gòu)，屋面為保溫屋面，外墻板為雙層彩鋼板，其物理尺寸為：長(zhǎng)L×寬W×高H=22 m×12 m×6 m。在距離地面高度1.5 m處，焊接車間兩側(cè)各布置3個(gè)送風(fēng)筒，兩側(cè)送風(fēng)筒呈左右對(duì)稱分布。如圖3，圖4所示，送風(fēng)筒為圓柱形狀，筒底直徑為450 mm，筒高1 100 mm，送風(fēng)筒側(cè)壁開有3種不同形狀的小孔，風(fēng)從小孔均勻流入室內(nèi)。廠房中間區(qū)域?yàn)槿诵羞^道，寬為1.3 m。在離地高H=6 m處，布置有4個(gè)回風(fēng)口，如圖5所示，回風(fēng)口間距為5 m，回風(fēng)口尺寸為長(zhǎng)L×寬W=0.5 m×0.5 m。焊接車間兩側(cè)對(duì)稱分布6個(gè)長(zhǎng)方形操作臺(tái)，其尺寸為長(zhǎng)L×寬W×高H=0.7 m×0.55 m×0.7 m。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

實(shí)驗(yàn)時(shí)，車間處于封閉狀態(tài)，各項(xiàng)生產(chǎn)工作正常進(jìn)行。車間置換通風(fēng)系統(tǒng)完全開啟，送風(fēng)筒內(nèi)葉片調(diào)節(jié)為夏季工況。基于廠房對(duì)稱的內(nèi)部布置，造成其氣流組織具有對(duì)稱性，所以只選取廠房寬度的一半，對(duì)具有代表性的焊接位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示，測(cè)點(diǎn)設(shè)置在過送風(fēng)筒中線的中心線上(X=11)，分別測(cè)量高度(h)為0.5 m，1 m，1.5 m，2 m下1號(hào)～11號(hào)測(cè)點(diǎn)的溫度值、速度值、顆粒物數(shù)值以及臭氧濃度值。每?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)之間水平距離為0.5 m(y=0.5 m,1.0 m，1.5 m,2.0 m,2.5 m,3.0 m,3.5 m,4.0 m,4.5 m,5.0 m,5.5 m)。實(shí)驗(yàn)儀器：1)熱球風(fēng)速儀(2臺(tái))；2)數(shù)顯式溫、濕度計(jì)(6臺(tái))；3)數(shù)顯式壓力計(jì)(1臺(tái))；4)數(shù)顯式臭氧計(jì)(1臺(tái))；5)支撐架(3個(gè))；6)熱線風(fēng)速儀(1臺(tái))；7)Dustmate激光散射粉塵檢測(cè)儀。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，焊接廠房平均溫度為20.7 ℃，平均相對(duì)濕度為44.4%，平均臭氧濃度為0.078 6 mg/m3，平均氣壓為100.3 kPa，平均風(fēng)速為0.127 m/s。最低溫度為19.7 ℃，最高溫度為21.8 ℃。最低相對(duì)濕度為46.6%，最高相對(duì)濕度為49.0%。最低臭氧濃度為0.065 mg/m3，最高臭氧濃度為0.089 9 mg/m3。最低風(fēng)速為0.08 m/s，最高風(fēng)速為0.71 m/s。

室內(nèi)溫度是影響人體舒適度的重要因素，也是空氣品質(zhì)研究和檢驗(yàn)置換通風(fēng)效果的重要指標(biāo)[5]。該焊接廠房的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得到廠房工作區(qū)域的平均溫度為20.7 ℃，具體如圖7所示。折線圖表明，置換通風(fēng)焊接廠房室內(nèi)出現(xiàn)了較為明顯的溫度梯度，即在垂直方向上，室內(nèi)溫度由地面至屋頂呈現(xiàn)逐步升高的趨勢(shì)。在水平方向上，室內(nèi)溫度變化幅度不大。溫度符合置換通風(fēng)設(shè)計(jì)和人體熱舒適的要求。

鋁合金焊接廠房須嚴(yán)格控制相對(duì)濕度指標(biāo)(相對(duì)濕度小于60%)，才能保證生產(chǎn)要求。試驗(yàn)得到的室內(nèi)相對(duì)濕度如圖8所示，最低相對(duì)濕度為46.6%，最高相對(duì)濕度為49.0%。整體上，室內(nèi)相對(duì)濕度符合工業(yè)生產(chǎn)要求。

氬弧焊接過程中會(huì)產(chǎn)生臭氧，臭氧是一種毒性氣體，主要對(duì)人體呼吸道系統(tǒng)產(chǎn)生危害。人體長(zhǎng)時(shí)間暴露在臭氧濃度過量的環(huán)境中生產(chǎn)和生活，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體健康。如圖9所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的該焊接廠房的臭氧濃度值小于0.1 mg/m3，處于安全的濃度范圍。

焊接煙塵中的顆粒物是廠房?jī)?nèi)主要的污染物，對(duì)人體危害最大，也是利用置換通風(fēng)潔凈廠房的主要目標(biāo)。如圖10所示，顆粒濃度變化在垂直方向有升高的趨勢(shì)，反映了置換通風(fēng)對(duì)治理高大空間廠房是有作用的，置換通風(fēng)氣流是從室內(nèi)底部向上運(yùn)動(dòng)的，帶走焊接煙塵，起到治理室內(nèi)環(huán)境污染的作用，但實(shí)驗(yàn)測(cè)得工作區(qū)域的顆粒物(PM2.5)平均濃度33.9 mg/m3，超出國(guó)標(biāo)所允許的合理值6 mg/m3，不利于工作人員的身體健康。因此，該廠房的顆粒物超標(biāo)。針對(duì)顆粒物濃度過大的情況，可以采取增加置換通風(fēng)的送風(fēng)量措施解決。

4 結(jié)論與建議措施

4.1 結(jié)論

1)該廠房置換通風(fēng)系統(tǒng)基本形成了由下而上的通風(fēng)氣流組織。溫度、濕度、臭氧濃度、粉塵顆粒物呈現(xiàn)由上而下的降低趨勢(shì)，表明置換通風(fēng)系統(tǒng)具有帶走余熱、除塵除濕的作用。

2)該廠房的溫濕度、室內(nèi)壓強(qiáng)、室內(nèi)風(fēng)速、臭氧濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但其顆粒物PM2.5濃度超標(biāo)。顆粒物濃度超標(biāo)的主要原因是廠房?jī)?nèi)存在眾多污染源，包括焊點(diǎn)煙塵、人的活動(dòng)，為設(shè)計(jì)所考慮不足，加上污染源無規(guī)律散發(fā)，為空調(diào)系統(tǒng)空氣凈化帶來難度。

4.2 建議措施

1)在置換通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的前提下，適當(dāng)增加送風(fēng)量，能提高系統(tǒng)的除塵能力。2)在焊點(diǎn)加煙氣集氣罩捕捉焊接煙塵，在污染源源頭進(jìn)行污染控制，能高效率地提高除塵效果。3)焊工加強(qiáng)個(gè)人勞動(dòng)防護(hù)，戴特制口罩，能一定程度減少粉塵對(duì)自身的危害。4)廠房?jī)?nèi)須及時(shí)清理沉降在地面的焊接粉塵，減少因人的活動(dòng)或者氣流的作用而重新?lián)P起，造成二次污染。5)改善焊接材料和提高個(gè)人的焊接技巧。焊接材料是煙塵發(fā)生量的主要決定因素，盡量采用發(fā)塵較少的材料。同時(shí)不當(dāng)?shù)牟僮饕矔?huì)增加煙塵的發(fā)生量，需要提高員工的操作技能。

[1] 李強(qiáng)民.焊接煙羽控制的通風(fēng)方法[J].電焊機(jī)，2011，41(2)：44-47.

[2] 楊 珂，李強(qiáng)民.封閉式焊接車間的節(jié)能型通風(fēng)方式[J].上海節(jié)能，2008(1)：43-46.

[3] 安庚才.置換通風(fēng)在工業(yè)廠房通風(fēng)中的應(yīng)用[J].安徽建筑,2001(3):33-35.

[4] 孫海波.高大工業(yè)整體廠房焊接煙塵控制與置換通風(fēng)空調(diào)技術(shù)研究[D].株洲：湖南工業(yè)大學(xué),2010.

[5] 曹建偉.置換通風(fēng)空調(diào)室內(nèi)空氣品質(zhì)數(shù)值模擬研究[D].北京：北京交通大學(xué),2007.

Test on air quality of displacement ventilation systems in a welding plant★

Xia Xiongbo

(SchoolofCivilEngineering，HunanUniversityofTechnology,Zhuzhou412000,China)

An air distribution test which is about displacement ventilation system was carried out in a welding plant. It’s tested in normal conditions of temperature and humidity, ozone concentration, indoor pressure, indoor wind speed, dust concentration, etc. The experiment shows that the plant’s temperature and humidity, indoor pressure, indoor wind speed and ozone concentration reaches design requirements, however, its concentration of particles PM2.5 isexceeded standard. Based on the current quality status of this workshop, the corresponding improving measure is put forward from the perspective of labor protection.

welding plant， displacement ventilation， air quality， test

2015-02-27★：湖南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“工業(yè)廠房空氣污染綜合治理研究”(項(xiàng)目編號(hào)：12JJ8019)

夏雄博(1987- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)13-0123-02

TU834.3

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